文｜山西迎才物流設(shè)備科技有限公司 郭慶

摘?要：隨著工業(yè)4.0時(shí)代的發(fā)展，物流裝備領(lǐng)域的技術(shù)也在不斷地迭代更新，各種新奇復(fù)雜龐大的物流方案設(shè)計(jì)頻繁出現(xiàn)，而僅僅依靠二維視圖已經(jīng)很難對(duì)這些方案進(jìn)行詳細(xì)直觀的理解。為便于深入討論、充分交流、直觀了解物流各個(gè)環(huán)節(jié)，山西迎才引入了高級(jí)影視三維制作軟件Maya。本文介紹了Maya在物流裝備領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時(shí)介紹了Maya和FlexSim仿真軟件的搭配使用。

關(guān)鍵詞：動(dòng)畫、仿真、Maya、FlexSim、自動(dòng)化物流系統(tǒng)

一、引言

近年來，隨著物流裝備領(lǐng)域的技術(shù)不斷迭代更新，各種新奇復(fù)雜龐大的物流方案設(shè)計(jì)接踵而來，建設(shè)單位對(duì)這些方案的吸收、理解，成了方案落地的最大阻礙。

為了解決上面的窘迫局面，本文將對(duì)市場(chǎng)中從方案設(shè)計(jì)到落地實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程進(jìn)行重新梳理，結(jié)合筆者在物流裝備領(lǐng)域使用Maya和FlexSim的經(jīng)驗(yàn)，嘗試給出方案和三維動(dòng)畫結(jié)合互補(bǔ)的應(yīng)用點(diǎn)，希望能夠以此解決建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位溝通難的問題，促進(jìn)物流裝備領(lǐng)域的積極發(fā)展。

二、物流裝備領(lǐng)域的方案設(shè)計(jì)是骨骼

物流裝備領(lǐng)域的方案設(shè)計(jì)，主要擴(kuò)展為兩方面，一方面是與現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造的方案設(shè)計(jì)，另一方面是全新規(guī)劃，從零開始的方案設(shè)計(jì)。相對(duì)來說，升級(jí)改造類的方案設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)的要求更高，而且局限性也更大；而全新規(guī)劃類的設(shè)計(jì)，對(duì)整體的物流流暢性要求更高，更考驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

圖1是一個(gè)舊廠改造類項(xiàng)目，因?yàn)榕f廠現(xiàn)有設(shè)備的局限性，只能在特定的空間實(shí)現(xiàn)物流智能化，難度系數(shù)非常大，建設(shè)單位很難理解圖紙，故使用Maya進(jìn)行三維重建，輔助建設(shè)單位理解物流方案。

圖1：舊廠改造項(xiàng)目

隨著物流裝備領(lǐng)域的不斷發(fā)展，其規(guī)模也在不斷地發(fā)生變化，更多的建設(shè)單位愿意嘗試新的理念，新的智能設(shè)備組成的物流方案，從單一的堆垛機(jī)出入庫到聯(lián)合穿梭車（RGV）和提升機(jī)進(jìn)行物流傳送，從一個(gè)立體庫到全場(chǎng)物流的智能運(yùn)轉(zhuǎn)，這是一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程，從半智能到全智能的轉(zhuǎn)換，一個(gè)好的物流裝備項(xiàng)目，必然會(huì)創(chuàng)下一個(gè)經(jīng)典的物流方案設(shè)計(jì)。

圖2為單一立體庫和整場(chǎng)物流的對(duì)比，這是一個(gè)從單一到復(fù)雜的轉(zhuǎn)變。

圖2：?jiǎn)我涣Ⅲw庫和整場(chǎng)物流

物流方案設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目的骨骼支撐，好的物流方案不僅能使建設(shè)單位減少大量的資金投入，更可以讓生產(chǎn)效率幾何倍數(shù)地提升，物流方案設(shè)計(jì)在物流裝備領(lǐng)域中的重要地位，不言而喻。

三、物流方案設(shè)計(jì)的溝通是脈絡(luò)

如果說物流裝備領(lǐng)域的方案設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目的骨骼，那么物流方案設(shè)計(jì)的溝通，則是整個(gè)項(xiàng)目的脈絡(luò)。一個(gè)項(xiàng)目能否順利實(shí)施，其最根本的要素，并不是方案設(shè)計(jì)得多好，而是建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位是否能夠順利地溝通。

溝通，聽起來很簡(jiǎn)單，實(shí)際卻非常難。因?yàn)榻ㄔO(shè)單位不一定懂技術(shù)，所以較為專業(yè)的二維施工圖，對(duì)建設(shè)單位來說，很可能猶如天書，這就會(huì)使雙方的溝通存在難以拔除的障礙。簡(jiǎn)單地說，這個(gè)時(shí)候，二維視圖已經(jīng)很難起到溝通講解的作用，而具備三維視圖的演示動(dòng)畫，卻能夠從立體的視角，清晰直觀地展現(xiàn)出項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)和流程的走向，能夠使建設(shè)單位快速地了解方案的構(gòu)思和項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)。

圖3是CAD圖和Maya三維重建的立體圖的對(duì)比圖。復(fù)雜難懂的CAD圖，如果三維重建成立體圖，整個(gè)布局將一目了然。

圖3：CAD圖和三維畫面的對(duì)比

四、關(guān)于solidworks、FlexSim、Maya優(yōu)缺點(diǎn)說明

三維視圖動(dòng)畫的講解，在前期項(xiàng)目方案溝通中可以起到很重要的作用，那么應(yīng)該怎么選擇和應(yīng)用這些三維視圖軟件呢？筆者列舉以下常用的軟件來進(jìn)行對(duì)比。

1.solidworks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件

solidworks是一款集合了建模和力學(xué)模擬仿真的軟件，目前被機(jī)械類技術(shù)人員廣泛使用，優(yōu)點(diǎn)是其強(qiáng)大的機(jī)械數(shù)字建模能力和優(yōu)秀的力學(xué)計(jì)算能力，缺點(diǎn)是不適用于大場(chǎng)景搭建。solidworks主要用于精確的機(jī)械建模，不得不說，它專業(yè)的模型庫對(duì)于機(jī)械建模十分的便利，但是，它主要是服務(wù)于單個(gè)或者單組的機(jī)械地建模，對(duì)于大范圍的場(chǎng)景建模，會(huì)對(duì)電腦形成非常大的負(fù)擔(dān)，而且欠缺動(dòng)畫演示。

圖4是solidworks軟件的頁面，顯示視圖中是一個(gè)立庫模型，左側(cè)是它的零部件。

圖4：sol idorks軟件頁面

2.FlexSim仿真軟件

FlexSim仿真軟件是一款非常專業(yè)的智能物流系統(tǒng)軟件，不僅可以搭建場(chǎng)景，而且還能模擬數(shù)據(jù)，并且對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行更優(yōu)化的處理。它的軟件中已經(jīng)內(nèi)置了智能物流系統(tǒng)需要用到的大部分模型，使用者只需要修改模型的外觀就可以完美地搭建出項(xiàng)目的全貌。不過對(duì)于物流動(dòng)畫的模擬講解，它卻無法精準(zhǔn)地做到演示說明的作用，尤其是一些細(xì)節(jié)上的展示比較缺失。

同時(shí)，F(xiàn)lexSim仿真軟件的學(xué)習(xí)難度較高，想要掌握FlexSim仿真軟件，不僅要了解它每一個(gè)模型內(nèi)置的屬性，同時(shí)要掌握軟件內(nèi)部的邏輯關(guān)系，以及各種節(jié)點(diǎn)和上下游屬性的代碼。不過，如果只是為了獲取物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和優(yōu)化信息，這款軟件是強(qiáng)烈推薦的。

圖5是FlexSim仿真軟件的界面，每一條連線都是一個(gè)上下游連接關(guān)系，右側(cè)是其運(yùn)行生成的數(shù)據(jù)。

圖5：FlexSim仿真軟件操作界面

3.Maya三維動(dòng)畫軟件

Maya是一款影視動(dòng)畫軟件，它擁有非常真實(shí)的動(dòng)力學(xué)模擬系統(tǒng)，還有強(qiáng)大的建模功能和動(dòng)畫制作功能，在動(dòng)畫演示方面最直接有效，唯一遺憾的是，它無法獲得物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息，只能把方案三維重現(xiàn)，在項(xiàng)目前期的方案講解環(huán)節(jié)，這是一把利器。如果把maya和FlexSim仿真軟件組合使用，就完全可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，形成一個(gè)從前期方案到方案持續(xù)優(yōu)化到最優(yōu)的完美組合，但缺點(diǎn)是學(xué)習(xí)成本太大。

圖6是Maya的界面，中間是渲染窗口，下部是時(shí)間線，左側(cè)是個(gè)體模型。

圖6：Maya軟件操作界面

五、Maya在物流裝備領(lǐng)域中的應(yīng)用

Maya在物流裝備領(lǐng)域中，主要以表示物流運(yùn)輸流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)為主，詳細(xì)可以總結(jié)為以下三個(gè)方面。

1.物流運(yùn)輸流程

將整個(gè)物流方案的輸送流程予以展示，以輔助講解為目的，演示物流輸送的過程，配合CAD圖，以更直觀的方式，幫助建設(shè)單位快速理解方案。

圖7是最終合成的物流流程展示的截圖，用文字加引線的方式展示設(shè)備的名稱和作用，左下角是所展示動(dòng)畫流程的名稱。

圖7：運(yùn)輸流程展示

2.設(shè)備結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)

著重展示某個(gè)物流設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使建設(shè)單位能更直觀地知道物流設(shè)備的工作方式，以及更準(zhǔn)確地判斷整個(gè)物流方案的流程是否合理。

圖8是采用Maya制作的一個(gè)單獨(dú)的上排設(shè)備動(dòng)畫演示流程截圖，左下角的文字是設(shè)備正在進(jìn)行的工序描述。

圖8：設(shè)備單獨(dú)展示

3.物流方案的布局

將整個(gè)方案，依托設(shè)計(jì)圖紙的布局三維重建，可以更便于建設(shè)單位理解和吸收方案，對(duì)物流設(shè)計(jì)方案的全貌會(huì)有更直觀的認(rèn)識(shí)。

圖9是一個(gè)整場(chǎng)物流項(xiàng)目的部分截圖，因?yàn)閳D紙空間描述比較復(fù)雜，所以采用Maya進(jìn)行三維重建。三維重建后，整個(gè)項(xiàng)目布局變得清晰，此時(shí)再對(duì)比CAD設(shè)計(jì)圖紙，就沒那么復(fù)雜難懂了。

圖9：布局三維重建

六、關(guān)于影視三維軟件Maya的動(dòng)畫制作流程

1.建模

Maya的建模功能是毋庸置疑的，雖然它不像solidworks具備大量機(jī)械建模的預(yù)設(shè)工具和參數(shù)，但是它可以按照?qǐng)D紙一比一地還原機(jī)械，并且快速地搭建大范圍的場(chǎng)景。

這里提供一個(gè)小技巧，在使用Maya搭建物流系統(tǒng)的場(chǎng)景時(shí)，可以將CAD圖紙作為底圖，按照一比一的比例導(dǎo)入，然后按CAD圖紙，快速地放置已建好的物流系統(tǒng)中所用到的模型文件。

圖10是Maya的建模界面，中間是模型的視圖窗口，右側(cè)是建模工具包。

圖10：Maya軟件建模界面

2.動(dòng)畫

在動(dòng)畫環(huán)節(jié)，Maya不需要像FlexSim仿真軟件那樣靠數(shù)據(jù)去引導(dǎo)動(dòng)畫的形成，不需要系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，只要求制作者能識(shí)別圖紙的流程既可。Maya制作的動(dòng)畫流程完全由人為控制，不需要大量數(shù)據(jù)的計(jì)算，能夠大量減少電腦的負(fù)擔(dān)。

在Maya中制作物流系統(tǒng)的動(dòng)畫流程，主要以講解為目的，可以局部細(xì)膩地描述機(jī)械的動(dòng)畫流程，以便在方案探討環(huán)節(jié)可以讓建設(shè)單位更直觀、更方便地了解設(shè)計(jì)方案。

需要注意的是，除了場(chǎng)景中動(dòng)態(tài)物體在時(shí)間線上打幀之外，相機(jī)的動(dòng)畫也是必不可少的，我們可以把相機(jī)理解成建設(shè)單位的眼睛，要以方便建設(shè)單位理解的理念去讓相機(jī)轉(zhuǎn)起來。

圖11是Maya的動(dòng)畫界面，中間是它的視圖窗口，下面是動(dòng)畫的時(shí)間線和選中模型的關(guān)鍵點(diǎn)窗口，右側(cè)是選中模型的屬性窗口，左側(cè)是個(gè)體模型窗口。

圖11：Maya軟件動(dòng)畫界面截圖

3.渲染

渲染是CG流程中最后一道工序，它主要依靠物理引擎，讓現(xiàn)有場(chǎng)景更符合實(shí)際的一個(gè)階段。簡(jiǎn)單地說，渲染前是粗糙的渲染展示，渲染后得到精細(xì)的視覺展示。作為高級(jí)三維軟件，Maya對(duì)大場(chǎng)景的渲染速度非?？?，且非常真實(shí)，尤其是在Maya 2016版本以后，都加入了專業(yè)卡降噪的功能，到了2020版本以后，更是加入了軟件降噪功能，這大幅度地縮短了Maya得到一張無噪點(diǎn)圖的渲染時(shí)間。

圖12是Maya的渲染界面，浮動(dòng)窗口就是渲染窗口，浮動(dòng)窗口的后面從左往右，依次是渲染參數(shù)窗口、個(gè)體模型窗口、視圖窗口、屬性窗口。

圖12：Maya軟件渲染界面截圖

4.合成

即進(jìn)入后期制作范圍，主要以補(bǔ)充為主，可以添加文字說明、效果輔助等，方便建設(shè)單位快速了解方案。

要在場(chǎng)景中加入跟蹤動(dòng)態(tài)設(shè)備的文字元素，最好在CG的制作過程中就預(yù)留下后期制作時(shí)的跟蹤點(diǎn)，或者在要加跟蹤的模型上預(yù)留紅藍(lán)色塊。

圖13是After Effects軟件的合成界面，在Maya制作好的動(dòng)畫，會(huì)以圖片序列的方式導(dǎo)入After Effects軟件，最后輸出成一個(gè)完整的視頻。

圖13：After Effects軟件合成界面

七、Maya與FlexSim的組合使用

1.模型互用

Maya的模型和FlexSim仿真軟件的模型和場(chǎng)景可以互用，只要換算單位一樣，那么尺寸在互導(dǎo)的情況下就不會(huì)發(fā)生改變。這樣一來，我們?cè)诮Ｉ暇凸?jié)省了一半的時(shí)間，無需重復(fù)建模。

圖14是Maya和FlexSim仿真軟件的截圖，現(xiàn)在兩個(gè)文件中都顯示的是同一個(gè)模型，而這個(gè)模型在Maya中生成，然后導(dǎo)入Flexsim仿真軟件，他們的尺寸完全相同。

圖14：Maya和FlexSim軟件模型互導(dǎo)界面

2.動(dòng)畫流程及數(shù)據(jù)的組合

Maya與FlexSim仿真軟件的組合使用，其效果絕對(duì)是1+1>2的體現(xiàn)，Maya主要是視覺體現(xiàn)，可以快速幫助建設(shè)單位理解方案；而FlexSim仿真軟件是以數(shù)據(jù)流告知建設(shè)單位設(shè)計(jì)方案的可行性。兩者結(jié)合，就相當(dāng)于有了上面說的骨骼（方案設(shè)計(jì)）和脈絡(luò)（溝通橋梁）。

圖15是Maya和FlexSim仿真軟件結(jié)合使用的合成圖，右側(cè)是項(xiàng)目運(yùn)行所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，左側(cè)上方是FlexSim仿真軟件的視圖，左側(cè)下方是Maya的渲染圖。

圖15：視覺和數(shù)據(jù)圖

八、結(jié)論

Maya與FlexSim仿真軟件的結(jié)合使用，能夠極大程度地幫助建設(shè)單位理解物流設(shè)計(jì)方案，并且更大程度地促成物流方案成功落地，對(duì)整個(gè)物流裝備領(lǐng)域的發(fā)展，能夠起到積極的作用。